Ak je kondenzátor polarizovaný, kladný vodič sa musí pripojiť na stranu obvodu s vyšším potenciálom. Ak je nepolarizovaný, pre polaritu nezáleží na orientácii, ale o funkčnosti obvodu stále rozhodujú hodnoty napätia a kapacity. Pri jednofázovom striedavom motore ide kondenzátor do dráhy pomocného vinutia, buď ako prevádzkový kondenzátor, ktorý zostáva pod napätím, alebo ako štartovací kondenzátor, ktorý vypadne, keď motor dosiahne rýchlosť. Tri praktické otázky sú vždy rovnaké: aký je typ obvodu, akú prácu robí kondenzátor a aké sú hodnoty napätia a kapacity vytlačené na diele.
Najčastejšou začiatočníckou chybou je použitie elektrolytického kondenzátora na striedavom vedení. Táto časť nie je postavená na spätné napätie a rýchlo zlyhá. Druhou najčastejšou chybou je ignorovanie zvlnenia prúdu alebo rázového napätia v spínacom meniči. Nasledujúce odseky vás prevedú zapojením kondenzátorov do série, paralelných, zmiešaných skupín, jednosmerných filtrov a obvodov striedavého motora s reálnymi číslami a príkladmi scenárov. AC kondenzátor
Polarizované kondenzátory sú zvyčajne hliníkové elektrolytické alebo tantalové typy. Negatívny zvod je označený farebným pásom, znamienkom mínus alebo pruhom na boku rukávu. Na elektrolytických kondenzátoroch s priechodným otvorom je dlhší vodič zvyčajne kladný. Na elektrolytických zariadeniach na povrchovú montáž je horná značka plný čierny alebo biely polkruh, ktorý ukazuje na kladný pól, zatiaľ čo druhá polovica krytu môže mať zárez. Na komponentoch radiálneho vedenia má plastový kryt vedľa jedného vedenia často znamienko mínus.
Pre hliníkové elektrolytické kondenzátory s menovitým napätím nad 100 V má plechovka niekedy rebrovaný vrch s tlakovým odvzdušňovačom. Tento otvor nie je ukazovateľom polarity; slúži na ochranu pred poškodením vnútorným tlakom. Ventilačný otvor nepoužívajte ako smerové vedenie.
Nepolarizované kondenzátory zahŕňajú CBB60, CBB61, CBB65, CBB80 a keramické kondenzátory. Nemajú žiadne pozitívne ani negatívne známky. Ak vidíte dva rovnaké vodiče bez pruhu polarity, kondenzátor možno pripojiť v ľubovoľnej orientácii. Na orientácii však stále záleží vo fyzickom zmysle: svorky môžu mať rôzne tvary a niektoré motorové kondenzátory používajú vkladacie čepele, ktoré sa hodia do konkrétnej zásuvky. Vždy sa zhoduje s veľkosťou konektora a šírkou čepele.
Keď umiestnite kondenzátory do série, celková kapacita je vždy menší ako najmenší kondenzátor v reťazci . Vzorec pre dva kondenzátory je:
C celkom = (C1 × C2) / (C1 C2)
Pre tri alebo viac kondenzátorov je riadiaci vzorec:
1/C spolu = 1/C11/C21/C3
Dôvod pochádza z fyziky náboja. V sériovom reťazci každý kondenzátor ukladá rovnaké množstvo náboja Q. Napätie na kondenzátore je V = Q / C. Ak zapojíte 10 uF a 10 uF kondenzátor do série, celková kapacita je 5 uF, nie 20 uF. Menovité napätie páru je maximálne 2 × menovité napätie jedného kondenzátora za predpokladu, že napätia vyrovnáte vyrovnávacími odpormi.
Predpokladajme, že máte dva 100 uF kondenzátory, každý s menovitým napätím 50 V. Ak ich zapojíte do série, celková kapacita je 50 uF a celkové menovité napätie je približne 100 V. Elektrolytické kondenzátory však majú rôzne zvodové prúdy. Kondenzátor s menším zvodovým prúdom akceptuje väčšie napätie a môže zlyhať. V praxi by ste mali paralelne s každým kondenzátorom umiestniť odpor 220 kΩ 1 W. To núti rozdelenie napätia zostať približne rovnaké, najmä ak sú tolerancie kondenzátorov okolo ± 20%.
Bezpečné sériové zapojenie teda vyzerá takto: kondenzátor C1 s odporom R1 paralelne, kondenzátor C2 s odporom R2 paralelne, potom zapojte dve skupiny do série. Rezistory by mali mať podobnú hodnotu a ich maximálny stratový výkon musí stačiť na pracovné napätie.
| Parameter | Jediný kondenzátor | Dva v sérii |
|---|---|---|
| Kapacita | 100 uF | 50 uF |
| Menovité napätie | 50 V | ≈ 100 V |
| Uložená energia pri plnom napätí | 0,125 J | 0,25 J |
Paralelné zapojenie je opakom sériového. Celková kapacita je súčet každého kondenzátora. Vzorec je jednoduchý:
C celkom = C1 C2 C3
Každý kondenzátor vidí rovnaké napätie. To znamená, že musíte vybrať kondenzátory, ktorých individuálne menovité napätie je vyššie ako maximálne napätie v obvode. Použitím dvoch kondenzátorov 10 uF 16 V paralelne získate 20 uF pri 16 V. Toto je bežné v nízkonapäťových zdrojoch jednosmerného prúdu, kde potrebujete lepší útlm zvlnenia pri nízkych frekvenciách.
V digitálnych obvodoch bude 100 nF keramický kondenzátor filtrovať vysokofrekvenčný šum, zatiaľ čo 10 uF elektrolytický alebo tantalový kondenzátor absorbuje nízkofrekvenčné záťažové prechody. Obidve sú zapojené paralelne medzi VCC a zem. Na usporiadaní záleží viac ako na hodnote kapacity: udržujte uzemnenie krátke a malý kondenzátor umiestnite najbližšie k napájaciemu kolíku integrovaného obvodu.
Ak pripojíte dva kondenzátory s veľmi odlišným ekvivalentným sériovým odporom paralelne, prúd sa rozdelí podľa impedancie pri frekvencii, ktorú sa pokúšate filtrovať. Keramika s nízkym ESR môže prenášať viac vysokofrekvenčného prúdu ako elektrolytická. To je normálne a nie je to chyba. Ale nemiešajte polarizovaný elektrolyt a polarizovaný tantal bez kvalifikovanej kontroly návrhu, pretože spätný prechod môže spôsobiť nebezpečnú poruchu.
Začnete riešením paralelného bloku a potom s týmto blokom zaobchádzajte ako s jedným kondenzátorom v sériovom alebo paralelnom výpočte. Zmiešané siete sa objavia, keď potrebujete hodnotu kapacity, ktorá nie je k dispozícii ako štandardná menovitá časť.
Predstavte si, že potrebujete 4,7 uF kondenzátor s menovitým napätím 600 V DC, ale máte len štyri kondenzátory 4,7 uF s napätím 300 V DC. Vložíte dva kondenzátory do série, aby ste získali 2,35 uF pri 600 V. Potom vložte dve z týchto sériových skupín paralelne. Výsledkom je 4,7 uF pri 600 V. Táto technika sa používa v stredne výkonných LED ovládačoch a priemyselných zdrojoch napájania.
| Podskupina | Kapacita | Menovité napätie |
|---|---|---|
| Jeden sériový pár | 2,35 uF | 600 V |
| Dva páry paralelne | 4,7 uF | 600 V |
V prípade zdroja jednosmerného prúdu pripojte kladný pól elektrolytického kondenzátora na koľajnicu VCC. Pripojte záporný pól k zemi alebo k spodnej koľajnici. Ak je obvod plnovlnný usmernený zdroj, použite na výstupe elektrolyt 470 uF až 4700 uF a paralelne umiestnite 100 nF keramiku pre vysokofrekvenčný spínací šum.
Časová konštanta τ (tau) je R × C. Po jednej časovej konštante je napätie na kondenzátore 63,2 % napájacieho napätia. Po piatich časových konštantách je to 99,3 %. Tento princíp sa používa na vytváranie oneskorovacích obvodov, obvodov odskoku a dokonca aj jednoduchých časovačov.
Ak pripojíte kondenzátor priamo k zdroju jednosmerného prúdu, nabíjací prúd je obmedzený iba impedanciou zdroja a ESR kondenzátora. To môže byť na niekoľko mikrosekúnd obrovské. V mnohých napájacích zdrojoch je malý odpor alebo nábehový termistor vložený do série na obmedzenie prúdu.
| Časová konštanta | Napätie cez kondenzátor |
|---|---|
| 1 τ | 63,2 % |
| 2 τ | 86,5 % |
| 3 τ | 95,0 % |
| 5 τ | 99,3 % |
Väčšina domácich a priemyselných striedavých motorov používa kondenzátor na vytvorenie fázového posunu v pomocnom vinutí. Tento fázový posun vytvára rotujúce magnetické pole, takže motor sa môže spustiť a bežať v definovanom smere. Zapojenie je vždy cez AC vedenie alebo cez jednu časť vinutia, v závislosti od toho, či ide o štartovací kondenzátor alebo prevádzkový kondenzátor.
V motore PSC je prevádzkový kondenzátor zapojený do série s pomocným vinutím. Táto vetva je potom zapojená paralelne s hlavným vinutím. Motor je pripojený k zdroju energie. Kondenzátor zostáva v obvode vždy, keď je motor v chode. Typické sú tu kondenzátory CBB60 a CBB61. 220V motor práčky môže používať 4 uF až 6 uF prevádzkový kondenzátor. Motor vodného čerpadla môže používať jednotku 10 uF až 15 uF.
Štartovací kondenzátor má väčšiu kapacitu, zvyčajne od 20 uF do 300 uF. Počas štartovacej periódy je zapojený paralelne s vetvou prevádzkového kondenzátora. Odstredivý spínač alebo potenciálne relé sa otvorí, keď motor dosiahne približne 75 % plnej rýchlosti, čím sa vypustí štartovací kondenzátor. Ak sa spínač zasekne, kondenzátor sa môže prehriať.
V motoroch kompresorov klimatizácie sú kondenzátory CBB65 veľmi bežné. Na 220 V kompresore sa často používa 450 V AC s menovitým výkonom 30 uF CBB65. Puzdro je hliníkové a môže obsahovať odpor, ktorý pomáha vybiť zvyškový náboj po odpojení napájania.
| Aplikácia | Typická kapacita | Typické napätie | Typ kondenzátora |
|---|---|---|---|
| Motor práčky | 4 uF až 6 uF | 450 V AC | CBB60 |
| Motor vodného čerpadla | 10 uF až 15 uF | 450 V AC | CBB60 |
| AC kompresor | 25 uF až 60 uF | 450 V AC | CBB65 |
| Stropný alebo výfukový ventilátor | 1 uF až 3,5 uF | 450 V AC | CBB61 |
Elektrický symbol je len polovica práce. O tom, či kondenzátor vydrží, rozhoduje kvalita mechanického pripojenia. V prípade olovených kondenzátorov odstráňte z každého drôtu asi 5 mm izolácie, vložte vodič do drôtu, zahrejte ho na dve až tri sekundy pomocou 25W až 40W spájkovačky a nechajte spoj bez pohybu vychladnúť. Studený spoj môže spôsobiť iskrenie a občasné poruchy, ktoré je veľmi ťažké vysledovať.
Kondenzátory s 4,8 mm alebo 6,3 mm vývodmi sú často pripevnené do držiaka a zapojené do protiľahlých zásuviek. Konektor by mal byť dimenzovaný na 105 °C alebo vyššiu, pretože motor vo vnútri môže byť horúci. Použite objímku kábla na vibrácie a prídržnú sponu, aby sa zástrčka nemohla uvoľniť počas cyklov štartovania a zastavenia motora.
V prípade vodného čerpadla alebo kompresora chladničky by kondenzátor nemal voľne visieť. Pripevnite ho popruhom alebo konzolou k pevnému rámu. Skráťte vodiče alebo nožové drôty a pridajte odľahčenie v ťahu na vstupnom bode kábla. Ak sa kondenzátor pohybuje vzhľadom na jeho svorky, spojenie sa nakoniec unaví a zlomí.
Základným pravidlom pre výber pracovného napätia je použiť min 1,25 až 1,5 násobok maximálneho napätia systému . Pre 220V AC motor sú preto predvolenou voľbou 450V kondenzátory. Okraj absorbuje nárazové rázy, kolísanie zaťaženia transformátora a špičky vedenia.
Sú označené písmenovým kódom: J je ±5 %, K je ±10 %, M je ±20 %. V obvodoch chodu motora je praktickým bezpečným limitom ±5 % kondenzátor. ±10 % môže stále fungovať pre mnoho ventilátorov a malých motorov. Ak si kúpite lacný kondenzátor označený iba ako 10 uF bez tolerancie, môže to byť v skutočnosti 8 uF alebo 12 uF. Tento rozdiel môže spôsobiť prehriatie motora alebo zlyhanie spustenia.
To isté platí pre teplotnú triedu. Štandardný 85°C kondenzátor nemusí stačiť v uzavretom priestore motora. 105°C varianty sú často potrebné, keď je kryt motora horúci. Pre dlhú životnosť pri vonkajších inštaláciách čerpadiel zvoľte kondenzátor, ktorý je dimenzovaný na vysokú teplotu okolia a očakáva dlhšiu životnosť.
| kód | Tolerancia | Typické riziko v elektroinštalácii motora |
|---|---|---|
| J | ± 5 % | Nízke riziko, odporúčané |
| K | ±10% | Stredné riziko, motor môže bežať o niečo pomalšie alebo odoberať viac prúdu |
| M | ±20 % | Vysoké riziko, nevhodné pre presné aplikácie |
Vždy môžete začať so zaťažovacím prúdom motora. Pre jednofázový motor s odberom 2 A zo zdroja 220 V, hodnota prevádzkového kondenzátora často spadá medzi 3 uF a 8 uF, v závislosti od počtu pólov a konštrukcie vinutia. To nie je presný vzorec pre každý motor; presnú hodnotu pridelí konštruktér motora. Ak však vymieňate kondenzátor, najbezpečnejšou radou je prečítať si starú časť a zvoliť rovnakú kapacitu a menovité napätie.
Pre obvod oneskorenia jednosmerného prúdu je výpočet priamy. Predpokladajme, že chcete 5-sekundové oneskorenie s odporom 10 kΩ. Vzorec dáva C = τ / R = 5 / 10 000 = 0,0005 F alebo 500 uF. V praxi by ste použili 470 uF alebo 1000 uF elektrolyt a skontrolovali skutočné časovanie. Prahové napätie časovača závisí od použitého integrovaného obvodu alebo tranzistora. Pre časovač NE555 je prahová hodnota okolo 2/3 VCC, takže vzorec sa mierne mení.
Predtým, ako sa dotknete kondenzátora alebo ho zmeníte, je potrebné zmerať napätie na jeho svorkách pomocou multimetra. Jednoduchý 10 kΩ odpor môže byť umiestnený cez svorky pre päť časových konštánt. Pre kondenzátor 100 uF je doba vybitia cez 10 kΩ asi 5 sekúnd. Ale ak máte čo do činenia s veľkými priemyselnými kondenzátormi s menovitým napätím 400 V alebo vyšším, použite špeciálny vybíjací nástroj so správnym menovitým výkonom odporu.
Nižšie uvedený zoznam je založený na skúsenostiach servisného strediska. Ktorýkoľvek z nich stačí na to, aby spôsobil poruchu kondenzátora v priebehu niekoľkých dní.
Keď kondenzátor zlyhá, bežnými viditeľnými znakmi sú vydutý vrch, vytečený elektrolyt, zlomená plastová predná časť alebo roztavená objímka. V obvode motora je typickým poruchovým režimom, že motor bzučí, ale neotáča sa a potom vypne istič.
Keď pripojíte kondenzátor k zdroju jednosmerného prúdu, napätie nemôže okamžite vyskočiť. V momente zatvorenia spínača sa kondenzátor správa ako skrat. Prúd je V_supply delený odporom alebo impedanciou zdroja. Potom sa napätie vytvorí podľa rovnice V(t) = V_supply × (1 − e^(−t/RC)). Ak je kondenzátor 100 uF pripojený k napájaniu 12 V cez odpor 1 kΩ, časová konštanta je 0,1 sekundy. Za 0,1 sekundy dosiahne kondenzátor približne 7,58 V. Za 0,5 sekundy dosiahne takmer 11,92 V.
Ideálny zdroj napätia má nulovú impedanciu. Ideálny kondenzátor má nulový odpor. Ak ich spojíte priamo, matematický prúd je nekonečný. V reálnom svete odpor vodiča zbernice, kondenzátor ESR a impedancia zdroja obmedzujú prúd. Ale v laboratóriu môže obrovský elektrolytický kondenzátor zvariť vodiče alebo poškodiť testovací zdroj. Vždy umiestnite malý obmedzovač prúdu alebo rezistor do série, keď experimentujete s veľkými bankami.
Hľadajte znamienko mínus, farebný pás, šípku alebo dlhšie vedenie. Ak nie je prítomný žiadny z nich, zaobchádzajte s kondenzátorom ako s nepolarizovaným, pokiaľ číslo dielu neuvádza inak. Elektrolytické kondenzátory sú takmer vždy polarizované, zatiaľ čo keramické a filmové kondenzátory sú nepolarizované.
V polarizovanom elektrolytickom kondenzátore reverzné napätie spôsobuje rozpad oxidovej vrstvy, čím sa vytvára plyn a teplo. Kondenzátor sa môže vyduť, vypustiť dym alebo dokonca prasknúť. Porucha sa často stane v priebehu milisekúnd, ak je napätie dostatočne vysoké. Pripojenie 220V elektrolytu k AC vedeniu je takmer rovnaké ako vykonanie testu obrátenej polarity, pretože tvar vlny zmení smer každú polovicu cyklu.
Áno, ale s limitom odporu. Priame pripojenie znamená, že nabíjací prúd je určený iba parazitným odporom. To môže byť prijateľné pre nízkoprúdový test s malým zdrojom, ale nikdy sa neodporúča na údržbu alebo priemyselný servis. Na zmiernenie rýchlosti nabíjania použite rezistor, obmedzovač nárazu alebo induktor.
Nie. Rezistory v sérii sa pridávajú priamo, ale kondenzátory v sérii sa riadia recipročným pravidlom. Celková kapacita je vždy nižšia ako najnižšia individuálna hodnota. Rezistory sa pridávajú, aby sa zväčšilo R; kondenzátory pridávajú, aby vytvorili menšie C.
Najjednoduchšou metódou je skopírovať hodnotu pôvodného kondenzátora. Pre 220V jednofázový motor je prevádzkový kondenzátor často medzi 1,5 uF a 15 uF, zatiaľ čo štartovací kondenzátor je zvyčajne 20 uF až 100 uF. Presná hodnota vychádza z konštrukcie vinutia motora a charakteristiky záťažového momentu. Ak máte problémy so štartovaním, zvýšte štartovaciu kapacitu; ak sa motor počas chodu prehrieva, znížte kapacitu chodu alebo skontrolujte napätie.
Môžete, ale motor sa bude správať inak. Vyššia prevádzková kapacita zvyšuje prúd pomocného vinutia, čo môže produkovať väčší rozbehový moment, ale aj viac tepla. Nižšia kapacita znižuje krútiaci moment. Vo ventilátoroch nie je rozdiel 0,5 uF zvyčajne kritický; v utesnenom kompresore môže ovplyvniť tepelnú ochranu.
Je to maximálne trvalé napätie, ktoré by sa malo aplikovať na jeho svorky. Prekročenie tejto hodnoty spôsobuje v extrémnych prípadoch rýchlejšie starnutie dielektrika a vnútorných oblúkov. Pre AC kondenzátory sa hodnotenie často uvádza ako 450 V AC; na rovnakom mieste nemôžete použiť 450V DC elektrolyt.
áno. Aj keď sa ho chystáte znova pripojiť k rovnakému okruhu, zvyškový náboj môže spôsobiť iskru. Na niekoľko sekúnd umiestnite na svorky odpor 1 kΩ až 10 kΩ. Pre vysokonapäťové kondenzátory použite zapečatený vybíjací nástroj a overte ho multimetrom.
Najčastejšími príčinami sú vysoké zvlnenie prúdu, prepätie, prepólovanie alebo zlyhanie štartovacieho spínača. V motore tiež skontrolujte napätie na kondenzátore, keď motor beží. Ak prekročí menovitú hodnotu, životnosť kondenzátora sa skráti.
Použite sériu, keď potrebujete vyššie pracovné napätie, ako môže poskytnúť ktorýkoľvek samostatný kondenzátor, alebo keď potrebujete oveľa menšiu hodnotu kapacity. Vo vysokonapäťových jednosmerných spojeniach sú sériové banky štandardné, ale vždy pridávajú vyrovnávacie odpory, aby zvodové prúdy nepolarizovali jeden kondenzátor viac ako druhý.
Pripojte kondenzátor cez výstup usmerňovača. Kladný vodič by mal ísť na anódovú stranu výstupu, čo je svorka, a záporný vodič na stranu katódy, čo je zem. Pridajte malý filmový kondenzátor paralelne, aby ste znížili vysokofrekvenčný šum a ponechali oblasť slučky malú pre elektromagnetickú kompatibilitu.
Dlhé vedenie zvyšuje indukčnosť a môže zvýšiť napäťové špičky počas spínania. V motorových aplikáciách udržujte kondenzátor čo najbližšie ku svorkovnici motora. Pre ventilátor alebo čerpadlo je typická vzdialenosť pod jeden meter; okrem toho záleží na mierke drôtu a odporu vedenia.
Elektrolytické kondenzátory môžu stratiť kapacitu, ak sú skladované roky bez napätia. Postupné aplikovanie menovitého napätia, nazývané reformovanie, môže obnoviť vrstvu oxidu. Filmové kondenzátory ako CBB60/CBB61/CBB65 majú oveľa dlhšiu životnosť a vo všeobecnosti nevyžadujú reformovanie.
áno. Vo väčšine návrhov napájacích zdrojov je záporná svorka spoločnou zemou. Ak pripojíte kladný pól k zemi a záporný pól k vysokej strane, kondenzátor bude mať spätné napätie a môže zlyhať. Pred zapojením skontrolujte schému.
Správne pripojte polarizovaný kondenzátor a rešpektujte limit napätia. Pre striedavé alebo motorové obvody použite nepolarizované motorové kondenzátory a postupujte podľa schémy zapojenia vytlačenej na starej časti. Pre vysokonapäťové jednosmerné alebo napájacie obvody pridajte vyrovnávacie odpory a vybíjaciu cestu. Pri oprave motora skopírujte kapacitu, napätie, teplotu a toleranciu. Počkajte, kým zvyškové napätie neklesne, a skontrolujte mechanické upevnenie. Dobré spojenie nie je len o schematickom symbole; ide o drôt, držiak, koncovku a životné prostredie.